Бактериальные жильцы в грибных квартирах

Исследователи из Мюнхенского университета имени Людвига-Максимилиана секвенировали геном бактериального симбионта, обитающего в микоризном грибе. Анализ генетического набора симбионта раскрывает ранее неизвестные грани партнерства этой необычной пары.

Более 80% всех наземных растений содержат в своих корнях так называемые арбускулярные микоризные грибы. Эти грибы поглощают неорганические питательные вещества из почвы и делают их доступными для растения-хозяина. Взамен растение снабжает грибы углеводами. Сейчас ясно, что этот тип симбиотического партнерства, необходимый для выживания многих видов растений, эволюционировал более 400 миллионов лет назад. «Но сами микоризные грибы приютили собственных симбионтов — эндобактериальных симбионтов, о которых известно очень мало», — говорит доктор Глория Торрес-Кортес. Торрес-Кортес определила последовательность генома одного из представителей семейства так называемых эндобактерий, родственных молликутам (Mollicutes-related endobacteria, MRE). Анализ дает новое представление об эволюции этой группы прокариот, которые обнаруживаются как симбионты во многих видах микоризных грибов.

Представители MRE зависят от своих партнеров в выживании и не были успешно культивированы в лаборатории. «По этой причине их способ функционирования и взаимодействия с хозяевами нельзя исследовать напрямую, — говорит Торрес-Кортес. — Наш анализ генов, которые они несут, теперь позволяет нам впервые сделать выводы об их биологических свойствах». Изучаемый вид MRE обнаружен в цитоплазме микоризного гриба Dentiscutata heterogama и поэтому обозначается как DhMRE.

Заимствованные гены с долгой историей

Новое исследование показывает, что DhMRE принадлежит к ранее неизвестной линии, тесно связанной с бактериальным родом Mycoplasma. Хотя многие представители этого рода хорошо известны как паразиты, инфицирующие людей и другие виды животных, DhMRE — первая обнаруженная микоплазмоподобная форма, использующая гриб в качестве хозяина. Более того, DhMRE уникально хорошо приспособлена для выживания в своем грибном хозяине. Последовательность DhMRE показывает, что метаболические возможности клетки сильно обеднены, что подразумевает ее зависимость от хозяина в получении большинства питательных веществ. Кроме того, по-видимому, имел место удивительно высокий уровень переноса генов между эукариотическим грибом и прокариотической бактерией. Таким образом, геном DhMRE кодирует множество белков, функции которых остаются неизвестными, но которые демонстрируют поразительное сходство с грибными белками. Эти факторы, весьма вероятно, участвуют в регуляции взаимодействий между хозяином и бактерией, необходимых для поддержания их симбиотических отношений.

Симбиоз между видами MRE и микоризными грибами, весьма вероятно, является эволюционно древним явлением. Многие белки, кодируемые геномом DhMRE, явно напоминают белки, кодируемые ядерными геномами микоризных грибов, которые не вступают в симбиотические отношения с представителями MRE. «Наши данные позволяют предположить, что бактериально-грибной симбиоз уже был установлен к тому времени, когда предки современных отрядов микоризных грибов разошлись друг от друга более 400 миллионов лет назад, — говорит Торрес-Кортес. — Эти открытия также ставят новые вопросы относительно роли эндобактерий в развитии их грибных хозяев. Наше исследование теперь дает основу для более целенаправленного поиска других факторов, которые участвуют в развитии арбускулярной микоризы».